Les chercheurs de l’Université de Tokyo ont étudié le comportement d’un avion en papier lancé depuis la Station Spatiale Internationale. Grâce à des simulations, ils ont analysé la descente et les effets sur le papier, ouvrant la voie à des applications intéressantes pour l’avenir des missions spatiales.
Que se passerait-il si on lançait un avion en papier depuis la Station Spatiale Internationale ? Les physiciens Maximilien Berthet et Kojiro Suzuki de l’Université de Tokyo ont décidé d’élucider la question à travers un test unique. Au lieu de faire participer les astronautes pour lancer des avions en papier depuis les chambres de mise à pression, ils ont utilisé des simulations informatiques et des tests en soufflerie pour étudier le comportement d’une feuille A4 pliée en origami lors de sa rentrée sur Terre.
Une fois lâché depuis la Station Spatiale Internationale, qui orbite à environ 400 kilomètres au-dessus de la Terre à une vitesse de 7 800 mètres par seconde, l’avion en papier commencerait à descendre lentement ou finirait par se froisser ? Étonnamment, grâce aux plis de l’origami, l’avion se mettrait à planer, restant relativement stable de 400 km jusqu’à 120 km, une zone atmosphérique encore pas assez dense pour causer des dommages significatifs : ce n’est qu’après avoir dépassé cette limite que les choses commenceraient à changer.
La rentrée sur Terre d’un avion en papier
Le voyage d’un avion en papier lancé depuis la Station Spatiale Internationale (ISS) / Crédit : NASA/ESA/M. Berthet et K. Suzuki.
Dès son lancement depuis la Station Spatiale Internationale, l’avion en papier met environ 3,5 jours pour descendre à 120 km d’altitude, sans subir de dommages majeurs. En dessous de 120 km, lorsque l’atmosphère devient plus dense, l’avion commence cependant à tourner de manière incontrôlée. La résistance accrue à ce stade entraîne aussi de la chaleur, ce qui risque de faire brûler le papier.
Pour comprendre exactement ce qui se passe, les chercheurs ont placé un avion en papier légèrement modifié (composé de papier et d’aluminium) dans une soufflerie, prouvant que l’avion subit uniquement une déformation minimale durant la phase initiale de sa descente.
Lors de l’entrée dans la couche la plus dense de l’atmosphère, l’avion subit un fort réchauffement aérodynamique, de l’ordre de 10(5) W/m2 (ou 10 W/cm2) pendant plusieurs minutes, précisent les chercheurs. Par conséquent, une combustion ou une pyrolyse est attendue lors de l’entrée atmosphérique. Les résultats de cette simulation ont été détaillés dans une étude publiée dans la revue Acta Astronautica.
Pourquoi lancer un avion en papier depuis la Station Spatiale Internationale ?
L’idée d’étudier ce qui arrive à un avion en papier lancé depuis la Station Spatiale Internationale peut paraître insolite, mais cet expérimentation a des implications importantes pour la soutenabilité de l’environnement orbital terrestre.
À une époque où les débris spatiaux encombrent l’orbite terrestre basse et où les méga-constellations de satellites se multiplient, les chercheurs concentrent leurs efforts sur l’utilisation de matériaux organiques et biodégradables pour les missions spatiales. La papier, d’origine végétale, pourrait offrir un moyen plus propre pour éliminer des objets ou des composants légers lors du retour atmosphérique passif. Par exemple, le Japon a déjà mis en orbite un satellite en bois, qui a fonctionné pendant 116 jours, et s’apprête à lancer une version améliorée.
Les chercheurs estiment que le papier pourrait être utilisé pour des missions de courte durée avec de petites charges utiles. Un mince membrane de papier pourrait servir de voile de traînée, en alternative aux membranes en plastique métallisé plus courantes, ont-ils ajouté. Les résultats obtenus dans cette étude suggèrent que ces membranes sont compatibles avec les conditions d’entrée dans l’atmosphère lors de la plupart des processus de désorbitation depuis l’orbite terrestre basse.